血液中胆固醇水平的升高是致心脏病的疾患动脉粥样硬化发生的一种必要条件。在血液中以低密度脂蛋白(LDL)颗粒转运胆固醇。这些颗粒通过肝细胞的内吞作用率决定血液中胆固醇的水平。该过程主要由LDL受体及其2个配体载脂蛋白(apo)- B100和apo-E介导。然而,充分说明LDL受体基因缺陷所致的家族性高胆固醇血症患者的脂蛋白代谢,需存在有另一apo-E专一性脂蛋白受体。至今,apo-E受体还不能纯化,其存在也有疑问。随着赫茨(Herz)等的很像LDL受体的蛋白质结构的发表,可能已解决这一争论。
最近也已分离到动脉粥样化形成过程和胆固醇代谢中另一重要的受体——巨噬细胞清除受体。它通过巨噬细胞介导清除氧化损害的LDL——并可能控制动脉粥样化形成机理。这些发现应导致日益了解载脂蛋白及其受体的结构相互作用;调控这些受体及其在生长、发育,炎症和动脉粥样化形成机理中的作用;和血液凝固,补体和脂蛋白系统和在发育期间起作用的分子级联间的演化关系。
脂蛋白由被磷脂和游离胆固醇极层所包围的甘油三酯和胆固醇酯的疏水核心组成。表面由称为脱辅基脂蛋白的特异性蛋白稳定。其中最大的apo-B100是通过肝脏分泌很低密度脂蛋白(VLDL)所需要的。在毛细血管中VLDL甘油三酯由脂蛋白脂酶释放,因此将VLDL转化成富含胆固醇的LDL。Apo-B100是LDL的唯一蛋白质和通过LDL受体将胆固醇释放给细胞的配体。称为乳糜微粒的肠衍生脂蛋白密集在apo-B48周围,apo-B48缺乏由LDL受体清除所必需的apo-Bl OO的羧基末端一半。乳糜微粒甘油三酯遭受和VLDL甘油三酯同样的命运,而乳糜微粒残余循环回到肝脏,在那里其清除是由apo-E与脂蛋白受体相互作用介导的。
独特肝apo-E受体存在的证据来自各种原始资料。最令人信服的是,家族性高胆固醇血症患者和兔的乳糜微粒残余或由apo-E所清除的其它脂蛋白的水平没有升高。2个低分子量apo-E结合蛋白已被表明为apo-E受体的候补者,但该作用没有最后证明。赫茨等现已分离到互补DNA克隆,这些克隆编码一个与能为apo-E受体的LDL受体很相似的有4,544个残基的膜糖蛋白,肝、肺和垴中富含根据这一DNA序列所预言的蛋白质,但在多数组织中发现编码它的信使RNA。
LDL受体是一个有839个氨基酸多结构域的蛋白。氨基末端含有7个,40个残基,富含半胱氨酸的重复片段,每段在其羧基末端附近有一簇酸性残基。第一个重复片段结合配体 - 受体相互作用所需要的钙;另6个结合碱性残基富含的apo-B100和apo-E的区。
在通过结合其它蛋白质碱性残基富含的结构域可能稳定复合物溶细胞构象的补体复合物的组分中,发现与LDL受体氨基末端的相似的富含半胱氨酸的重复片段。赫茨等认为像与apo-B100和apo-E的碱基残基相互作用的LDL受体那样的蛋白质,应含有酸性残基富含的保守区,确实他们在编码与LDL受体很相似的蛋白质的小鼠淋巴细胞文库中发现了互补DNA,他们称之为LDL受体相关蛋白(LRP)。该蛋白质由含有配体结合部位,与表皮生长因子(EGF)前体相似的结构域,以及跨膜片段和具有簇生在包涵素包被坑(clathrin-coated pits)的LDL受体所用的2个拷贝信号的胞浆尾巴的4个LDL受体细胞外部分的重复片段组成。虽然该蛋白质是脂蛋白受体有待证实,但它与LDL受体相似,和其抗体和钙结合性一起,表明它有这种功能。如果LRP是apo-E受体,其mRNA在肝脏外得到广泛表达的发现就暗示更一般的作用,可能在修复受损伤神经和调制免疫应答及细胞生长中平行涉及apo-E。
EGF前体,LDL受体和LRP在一个有400个氨基酸的区都非常相似,表明一种紧密的演化关系。在LDL受体中,EGF样结构域是吞饮作用后依赖酸将配体与吞饮泡(endosome)受体解离和将受体反复循环到细胞表面所需要的。LRP的这一结构域能有相似的作用。LRP有6个其它的EGF重复片段不在质膜邻近的LDL受体中。EGF前体含有相似的组合,包括有53个残基的EGF组分。EGF通过蛋白水解加工释放,转化生长因子 - α(TGF-α)和牛痘病毒生长因子也通过蛋白水解从膜结合前体中释放出。(此外,TGF-α前体能在邻近细胞EGF受体上没有加工的情况下以膜结合形式起作用。)赫茨等因此提示生长因子能通过蛋白裂解从LRP中释放出。
种类繁多的其它膜结合或分泌糖蛋白含有EGF重复片段,包括血液凝固因子,蛋白C、S和Z(牛的),尿激酶,血栓调素(thrombomadulin)和组织纤维蛋白前体溶酶原活化剂。在神经原发生和细胞谱系控制中起作用的果蝇Drosophila(缺刻,δ和裂纹位点)和线虫Caenorhabditis elegans(lin-12位点)的蛋白质衔接大量的EGF重复片段(缺刻蛋白中有36个)。也已将laminin的细胞附着,趋化性和生长控制性归因于高度保守的EGF重复片段。有效证据表明细胞中这类蛋白的功能起因于含EGF样重复片段的未加工结构域,它可能和需要硬质蛋白结构域间的构象改变而不是通过生长因子局部释放的蛋白质 - 蛋白质相互作用中LDL受体的EGF前体同源结构域一样起作用。
化学或氧化修饰LDL由细胞培养物中的巨噬细胞贪噬。它在细胞浆中作为泡沫小滴累积,因为巨噬细胞不能吞噬过量的胆固醇。由于生长因子和化学吸引剂的释放而捕集动脉壁最里层泡沫细胞被认为启动和永久增殖平滑肌细胞和沉着生成动脉粥样硬化斑的结缔组织成分。沿动脉腔排列的内皮细胞能氧化LDL,而修饰LDL最近从人血液中分离到了。LDL的氧化引起脂质过氧化和LDL受体介导清除所需的apo-B100碱性残基破坏。由于后来巨噬细胞激活和游走到动脉内膜,修饰LDL因此很可能由巨噬细胞清除受体清除。现已纯化了清除受体:它是一个相对分子量为260,000的糖蛋白,含3个分子量约为70,000的二硫键亚基。在已由佛波醇酯激活的巨噬细胞中显著诱导它。活化巨噬细胞中清除受体的诱导可能责成细胞大噬更多的修饰LDL和其命运为动脉粥样化形成泡沫细胞。
[Nature,1989年3月2 ~ 9日]